DE112012004784T5 - Worm gear mechanism - Google Patents
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Abstract
Ein Schneckengetriebemechanismus (44) ist dazu eingerichtet, eine mit einem Elektromotor verbundene Schnecke (70) und ein mit der Schnecke in Eingriff stehendes Schneckenrad (80) zu umfassen. In dem Schneckenrad (80) ist wenigstens eine Zahnflanke (81a) aus einem Harz/Kunstharz-Material gebildet. In der Zahnflanke (81a) ist eine Eingriffsausnehmung (81dr), welche auf einer Trajektorie eines Kontaktpunkts basiert, welcher in Kontakt mit einem Zahn (71) der Schnecke (70) gemäß einer Drehung der Schnecke (70) steht, zusammen mit der Zahnflanke lediglich durch Spritzgießen unter Verwendung einer Form (100) gebildet. Die Eingriffsausnehmung (81dr) umfasst eine Mehrzahl von Punkten (P1a–P9a), welche am meisten niedergedrückt sind in einer Richtung eines Zahns der Zahnflanke des Schneckenrads entsprechend der Trajektorie des Kontaktpunkts, mit welchem der am meisten konvexe Abschnitt des Zahns (71) der Schnecke (70) in Kontakt tritt. Eine Linie (Loa), welche die Mehrzahl von Punkten verbindet, verbindet bezüglich einer Zahnbreitenmittellinie (Ct) der Zahnflanke (81a) des Schneckenrads (80).A worm gear mechanism (44) is configured to include a worm (70) connected to an electric motor and a worm wheel (80) meshing with the worm. In the worm wheel (80), at least one tooth flank (81a) is formed from a resin / synthetic resin material. In the tooth flank (81a) there is an engaging recess (81dr) based on a trajectory of a contact point which is in contact with a tooth (71) of the worm (70) according to a rotation of the worm (70), together with the tooth flank only formed by injection molding using a mold (100). The engaging recess (81dr) includes a plurality of points (P1a-P9a) which are most depressed in a direction of a tooth of the tooth flank of the worm wheel corresponding to the trajectory of the contact point with which the most convex portion of the tooth (71) of the worm (70) comes into contact. A line (Loa) connecting the plurality of points connects with respect to a tooth width center line (Ct) the tooth flank (81a) of the worm wheel (80).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Schneckengetriebemechanismus.The present invention relates to an improved worm gear mechanism.
Stand der TechnikState of the art
Ein Schneckengetriebemechanismus wird in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet. Der Schneckengetriebemechanismus umfasst eine mit einem Elektromotor verbundene Schnecke und ein mit einer Last verbundenes Schneckenrad. Ein von dem Elektromotor erzeugtes Drehmoment wird von der Schnecke durch das Schneckenrad zu der Last übertragen.A worm gear mechanism is used in an electric power steering apparatus. The worm gear mechanism includes a worm connected to an electric motor and a worm wheel connected to a load. A torque generated by the electric motor is transmitted from the worm through the worm wheel to the load.
In letzter Zeit besteht ein erhöhter Bedarf nach einer Verringerung der Größe und des Gewichts der elektrischen Servolenkungsvorrichtung ebenso wie nach einer hohen Ausgabe des Elektromotors. Die Größe der elektrischen Servolenkungsvorrichtung kann nicht verringert werden, ohne die Größe des Schneckengetriebemechanismus zu verringern. Die bloße Verringerung der Größe des Schneckengetriebemechanismus ohne eine Verringerung eines Drehmoments des Elektromotors erhöht jedoch Kontaktdrücke, welche von einem Zahn der Schnecke und von Zähnen des Schneckenrads aufeinander ausgeübt werden.Recently, there is an increased demand for a reduction in size and weight of the electric power steering apparatus as well as a high output of the electric motor. The size of the electric power steering apparatus can not be reduced without reducing the size of the worm gear mechanism. However, merely reducing the size of the worm gear mechanism without reducing a torque of the electric motor increases contact pressures exerted on each other by a tooth of the worm and teeth of the worm wheel.
Kontaktdrücke, welche von Zahnflächen der Schnecke und des Schneckenrads aufeinander ausgeübt werden, können verhindert werden, indem die Schneckenradzähne aus einem leicht verformbaren Harz/Kunstharz-Material gebildet werden, beispielsweise einem Harz/Kunstharz-Material, welches eine geringe Menge Glasfasern enthält. Dieser Ansatz würde jedoch eine allmähliche Verformung an den Zahnflächen der Zähne des Schneckenrads vorantreiben, was eine Zunahme eines Spiels zwischen den Zähnen bewirkt. Die Zunahme des Spiels führt dazu, dass die Zähne dazu neigen, Geräusche zu erzeugen, indem sie aufeinander treffen. Darüber hinaus kann ein Lenkempfinden ebenfalls verschlechtert werden. Obwohl, um diese Probleme anzugehen, ein Bedarf nach einem Einstellmechanismus zum Einstellen des Spiels besteht, führt ein derartiger Einstellmechanismus dazu, dass eine Struktur des Schneckengetriebemechanismus kompliziert wird.Contact pressures exerted on each other by tooth surfaces of the worm and the worm wheel can be prevented by forming the worm wheel teeth from an easily deformable resin material such as a resin material containing a small amount of glass fibers. However, this approach would promote a gradual deformation on the tooth surfaces of the teeth of the worm wheel, causing an increase in backlash between the teeth. The increase in play causes the teeth to tend to make sounds by hitting each other. In addition, a feeling of steering can also be deteriorated. Although, in order to address these problems, there is a need for an adjustment mechanism for adjusting the clearance, such an adjustment mechanism makes a structure of the worm gear mechanism complicated.
Wie in der Patentliteratur 1 offenbart, ist es im Stand der Technik wohlbekannt, Kämmeingriffsrillen an Zahnflächen der Zähne eines Schneckenrads zu bilden. Ein Schneckenrad eines Schneckengetriebemechanismus einer in Patentliteratur 1 offenbarten elektrischen Servolenkungsvorrichtung ist ein aus Harz/Kunstharz hergestelltes Erzeugnis. Wie bei diesem Schneckenrad wird nach dem Formen eines Schneckenrads ein Werkzeug, welches daran haftende sehr harte abrasive Körner aufweist, verwendet, um die Kämmeingriffsrillen an den Zahnflächen der Zähne des geformten Schneckenrads zu bilden. Die Kämmeingriffsrillen befinden sich zentral in einer „Zahnspur”-Richtung der Zahnflächen, welche sich von einer Zahnwurzel zu einer Zahnspitze erstrecken, und sind in einer Zahndickenrichtung niedergedrückt.As disclosed in Patent Literature 1, it is well known in the art to form meshing grooves on tooth surfaces of the teeth of a worm wheel. A worm wheel of a worm gear mechanism of an electric power steering apparatus disclosed in Patent Literature 1 is a resin-made product. Like this worm wheel, after forming a worm wheel, a tool having very hard abrasive grains adhered thereto is used to form the meshing grooves on the tooth surfaces of the teeth of the formed worm wheel. The meshing grooves are centrally in a "tooth trace" direction of the tooth surfaces extending from a tooth root to a tooth tip, and are depressed in a tooth thickness direction.
Eine derartige, in der Patentliteratur 1 offenbarte Technik belässt jedoch Raum für eine Verbesserung, um eine an den Zahnflächen des aus Harz/Kunstharz hergestellten Schneckenrads auftretende Abnutzung zu verhindern. Eine weitere Verbesserung einer Technik zum Verlängern der Lebensdauer des Schneckenrads ist erforderlich.However, such a technique disclosed in Patent Literature 1 leaves room for improvement to prevent wear occurring on the tooth surfaces of the wrought-resin-made resin. A further improvement to a technique for extending the life of the worm wheel is required.
Literatur des Standes der TechnikPrior art literature
Patentliteraturpatent literature
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Patentliteratur 1:
JP-A-2009-192057 JP-A-2009-192057
Inhalt der ErfindungContent of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technik zum Verlängern der Lebensdauer eines Schneckenrads bereitzustellen.An object of the present invention is to provide a technique for extending the life of a worm wheel.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Gemäß einem in Anspruch 1 definierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schneckengetriebemechanismus bereitgestellt zum Übertragen eines von einem Elektromotor basierend auf einer Lenkeingabe an ein Lenkrad erzeugten Drehmoments auf lenkbare Räder, wobei der Mechanismus umfasst: eine mit dem Elektromotor verbundene Schnecke; und ein mit der Schnecke in Kämmeingriff stehendes Schneckenrad, wobei das Schneckenrad eine wenigstens aus einem Harz/Kunstharz-Material hergestellte Zahnfläche aufweist und wobei die Zahnfläche einen daran gebildeten ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitt aufweist, wobei der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt auf einer Ortskurve von Kontaktpunkten basiert, welche mit einem Zahn der Schnecke in Kontakt treten, wenn sich die Schnecke dreht, wobei der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt zusammen mit der Zahnfläche lediglich durch Spritzgießen unter Verwendung einer Form gebildet sind, wobei der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt eine Mehrzahl von am stärksten niedergedrückten Punkten in einer Zahnspurrichtung der Zahnfläche des Schneckenrads entsprechend einer Ortskurve von Kontaktpunkten aufweist, welche mit am meisten konvexen Abschnitten des Zahns der Schnecke in Kontakt treten, und wobei eine die Mehrzahl der Punkte verbindende Linie eine Flächenbreitenmittellinie der Zahnfläche des Schneckenrads kreuzt.According to an aspect of the present invention as defined in claim 1, there is provided a worm gear mechanism for transmitting a torque generated by an electric motor based on a steering input to a steering wheel to steerable wheels, the mechanism comprising: a worm connected to the electric motor; and a worm gear meshing with the worm, the worm wheel having a tooth surface made of at least resin / resin material, and the tooth surface having a recessed meshing portion formed thereon, the recessed meshing portion being based on a locus of contact points coincident with a Tooth of the worm come into contact when the worm rotates, the recessed meshing portion are formed together with the tooth surface only by injection molding using a mold, wherein the recessed meshing portion corresponding to a plurality of most depressed points in a tooth trace direction of the tooth surface of the worm wheel a locus of contact points, which with most convex portions of the tooth contacting the worm, and wherein a line connecting the plurality of points crosses a surface centerline of the tooth surface of the worm wheel.
Wie in Anspruch 2 definiert, definiert der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt vorzugsweise eine Rille, welche eine Tiefe aufweist, welche derart eingestellt ist, dass sie größer in einem Bereich einer Spitze eines Zahns des Schneckenrads und in einem Bereich einer Wurzel des Zahns des Schneckenrads als in einem sich dazwischen befindenden Bereich ist.As defined in claim 2, the recessed meshing portion preferably defines a groove having a depth which is set to be larger in a portion of a tip of a tooth of the worm wheel and in a portion of a root of the tooth of the worm wheel than in one intervening area is.
Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Wie in Anspruch 1 definiert, weist das Schneckenrad die wenigstens aus dem Harz/Kunstharz hergestellte Zahnfläche auf. An der Zahnfläche ist der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt basierend auf der Ortskurve von Kontaktpunkten gebildet, welche mit dem Zahn der Schnecke in Kontakt treten, wenn sich die Schnecke dreht. Der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt weist die Mehrzahl von am meisten niedergedrückten Punkten in der Zahnspurrichtung der Zahnfläche des Schneckenrads entsprechend der Ortskurve von Kontaktpunkten auf, welche mit den am meisten konvexen Abschnitten des Zahns der Schnecke in Kontakt treten. Die die Mehrzahl der Punkte verbindende Linie kreuzt die Flächenbreitenmittellinie der Zahnfläche des Schneckenrads. Ein derartiger ausgenommener Kämmeingriffsabschnitt ist niedergedrückt, um mit der Kontaktortskurve der Zahnfläche des Zahns der Schnecke übereinzustimmen. Dies führt zu einer signifikant effizienten Zunahme einer Kontaktfläche zwischen der Zahnfläche der Schnecke und der Zahnfläche des Schneckenrads. Die Zunahme der Kontaktfläche zwischen den Zahnflächen verringert auf die Zahnflächen ausgeübte Kontaktdrücke. Daher kann eine an den jeweiligen Zahnflächen auftretende Abnutzung verhindert werden, um eine Lebensdauer der Schnecke und des Schneckenrads zu verlängern.As defined in claim 1, the worm wheel has the tooth surface made of at least the resin. At the tooth surface, the recessed meshing portion is formed based on the locus of contact points which contact the tooth of the screw as the screw rotates. The recessed meshing portion has the plurality of most depressed points in the tooth trace direction of the tooth surface of the worm wheel corresponding to the locus of contact points which contact the most convex portions of the tooth of the worm. The line connecting the plurality of dots crosses the area-width center line of the tooth surface of the worm wheel. Such a recessed meshing portion is depressed to conform to the contact locus of the tooth surface of the tooth of the screw. This leads to a significantly efficient increase in a contact surface between the tooth surface of the worm and the tooth surface of the worm wheel. The increase in the contact area between the tooth surfaces reduces contact pressures exerted on the tooth surfaces. Therefore, wear occurring on the respective tooth surfaces can be prevented to prolong a life of the worm and the worm wheel.
Der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt ist zusammen mit der Zahnfläche des Schneckenrads lediglich durch Spritzgießen unter Verwendung der Form gebildet. Der lediglich durch Spritzgießen unter Verwendung der Form gebildete ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt weist eine glatte Fläche auf. Daher können die Zähne sanft miteinander in Kämmeingriff treten. Da der Schneckengetriebemechanismus einen besseren Kämmeingriff zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad erzielt, kann ein Lenkempfinden in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung verbessert werden. Das Bilden des ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitts an der Zahnfläche erfordert keinen weiteren Prozess nach dem Spritzgießen. Es ist nicht wahrscheinlich, dass die Fläche des ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitts durch den nachfolgenden Prozess aufgeraut wird. Es ist möglich, leicht eine Härte der Fläche des ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitts sicherzustellen, ebenso wie eine Verringerung eines Reibungswiderstands, welcher auftritt, wenn diese Fläche mit dem Zahn der Schnecke in Kontakt tritt, wodurch eine von dem Reibungswiderstand resultierende Wärmeentwicklung verringert wird. Es ist möglich, eine Drehmomentübertragungseffizienz des Schneckengetriebemechanismus zu erhöhen.The recessed meshing portion is formed together with the tooth surface of the worm wheel only by injection molding using the mold. The recessed meshing portion formed solely by injection molding using the mold has a smooth surface. Therefore, the teeth can gently mesh with each other. Since the worm gear mechanism achieves a better meshing engagement between the worm and the worm wheel, a steering feeling in the electric power steering apparatus can be improved. The formation of the recessed meshing portion on the tooth surface does not require any further process after injection molding. It is not likely that the surface of the recessed meshing portion will be roughened by the subsequent process. It is possible to easily ensure a hardness of the surface of the recessed meshing portion, as well as a reduction of a frictional resistance, which occurs when this surface comes into contact with the tooth of the screw, whereby a heat generation resulting from the frictional resistance is reduced. It is possible to increase a torque transmission efficiency of the worm gear mechanism.
Hinsichtlich Anspruch 2 weist der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt keine einheitliche Rillentiefe auf. D. h., dass der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt eine Rille definiert, welche eine Tiefe aufweist, die eingestellt ist, um in dem Bereich der Spitze des Zahns des Schneckenrads und dem Bereich der Wurzel des Zahns des Schneckenrads größer als in dem sich dazwischen befindenden Bereich zu sein. Typischerweise, wenn die Zahnflächen des Schneckengetriebemechanismus miteinander in Kontakt treten, sind die Bereiche der Spitze und der Wurzel des Zahns des Schneckenrads großen Kontaktdrücken ausgesetzt. Berücksichtigt man dies, so ist es sinnvoll, die Tiefe des ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitts derart einzustellen, dass sie die Kontaktfläche zwischen den Zahnflächen erhöht. Dies führt zu einer Verringerung der auf die Zahnflächen ausgeübten Drücke. Es ist daher möglich, eine Abnutzung und eine Wärmeentwicklung zu verhindern, welche an den jeweiligen Zahnflächen auftreten, um dadurch eine Lebensdauer der Schnecke und des Schneckenrads zu verlängern.With regard to claim 2, the recessed meshing portion does not have a uniform groove depth. That is, the recessed meshing portion defines a groove having a depth set to be greater in the region of the tip of the tooth of the worm wheel and the portion of the root of the tooth of the worm gear than in the region therebetween be. Typically, when the tooth surfaces of the worm gear mechanism come into contact with each other, the portions of the tip and root of the tooth of the worm wheel are exposed to large contact pressures. Taking this into account, it makes sense to adjust the depth of the recessed meshing portion so as to increase the contact area between the tooth surfaces. This leads to a reduction of the pressures exerted on the tooth surfaces. It is therefore possible to prevent wear and heat generation occurring on the respective tooth surfaces to thereby prolong a life of the worm and the worm wheel.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Certain preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Ausführungsform 1Embodiment 1
Ein Verfahren zum Herstellen eines Schneckengetriebemechanismus gemäß einer Ausführungsform 1 und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, umfassend den Schneckengetriebemechanismus, werden nachfolgend diskutiert.A method of manufacturing a worm gear mechanism according to an embodiment 1 and an electric power steering apparatus comprising the worm gear mechanism will be discussed below.
Wie in
In dem Lenksystem
Der Zahnstangen-Ritzel-Mechanismus
Was das Lenksystem
In dem Hilfsdrehmomentmechanismus
Der Lenkdrehmomentsensor
In der elektrischen Servolenkungsvorrichtung
Wie in
Das Gehäuse
Wie in
Das Gehäuse
Die Zahnstangenführung
Wie in
Wie in den
Die Schnecke
Die Schnecke
Wie in
Da der Zahn
Die Schnecke
Wenn das Rad
- (1) Zuerst drückt ein Zahnfußabschnitt oder eine Zahnfußflanke der Zahnfläche
71a des Zahns71 eine Spitze 81b eines Zahns 81 des Rads80 (ein erster Kontaktschritt). - (2) Danach tritt die
Flanke der Zahnfläche 71a des Zahns71 der Schnecke 70 in Kontakt mit einem Zahnfußabschnitt oder eine Fußseite einer Zahnfläche81a des Zahns81 desRads 80 und drückt diesen/diese dann (ein zweiter Kontaktschritt). - (3) Darüber hinaus tritt ein Abschnitt der Zahnfläche
70a an einem Wälzkreis der Schnecke70 in Kontakt mit einem Abschnitt der Zahnfläche81a an einem Wälzkreis desRads 80 und drückt diesen dann (ein dritter Kontaktschritt). - (4) Weiterhin tritt ein Zahnfußabschnitt oder eine Zahnfußseite der Zahnfläche
71a der Schnecke 70 in Kontakt mit einem Zahnfußabschnitt oder einer Zahnfußflanke der Zahnfläche81a des Rads 80 und drückt diesen/diese dann (ein vierter Schritt).
- (1) First, a tooth root portion or a tooth root flank presses the
tooth surface 71a of thetooth 71 apeak 81b atooth 81 of the wheel80 (a first contact step). - (2) Thereafter, the flank of the tooth surface occurs
71a of thetooth 71 thesnail 70 in contact with a tooth root portion or a foot side of atooth surface 81a of thetooth 81 of thewheel 80 and then press this (a second contact step). - (3) In addition, a section of the tooth surface occurs
70a at a pitch circle of theworm 70 in contact with a portion of thetooth surface 81a on a rolling circle of thewheel 80 and then press it (a third contact step). - (4) Further, a tooth root portion or a tooth root side of the tooth surface occurs
71a thesnail 70 in contact with a tooth root portion or a tooth root flank of thetooth surface 81a of thewheel 80 and then press that one (a fourth step).
Wie vorangehend diskutiert, verformen sich die Zähne
Die Zahnfläche
D. h., dass durch die Mehrzahl der Querschnitte
Die vorstehenden Punkte P1, P9 sind von der Mittellinie WL in entgegengesetzten Richtungen versetzt. Daher variiert der vorstehende Punkt, wie in
Der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt
Der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt
Bezugnehmend auf
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Rads
Wie in
Wie in
Wie in
Schließlich wird, nachdem das Harz/Kunstharz innerhalb der Kavität
Ausführungsform 2Embodiment 2
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen eines Schneckengetriebemechanismus
Der Schneckengetriebemechanismus
D. h., dass der tatsächliche ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt
Die Diskussionen der Ausführungsformen 1 und 2 werden wie folgt zusammengefasst.The discussions of Embodiments 1 and 2 are summarized as follows.
Die Zahnfläche
Dies führt zu einer signifikant effizienten Zunahmen einer Kontaktfläche zwischen der Zahnfläche
Die ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitte
Das Bilden des ausgenommenen Kämmeingriffsabschnitts
Der ausgenommene Kämmeingriffsabschnitt
In der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Servolenkungsvorrichtung
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Der Schneckengetriebemechanismus
Liste der Bezugszeichen:List of reference numbers:
-
10 ... eine elektrische Servolenkungsvorrichtung,21 ... ein Lenkrad,29 ... lenkbare Räder,43 ... ein Elektromotor,44 ,44A ... Schneckengetriebemechanismen,70 ... eine Schnecke,71 ... ein Zahn der Schnecke,71a ... eine Zahnfläche des Zahns der Schnecke,80 ... ein Schneckenrad,81 ... ein Zahn des Schneckenrads,81a ... eine Zahnfläche,81dr ,81drA ... ausgenommene Kämmeingriffsabschnitte,81b ... eine Spitze,100 ... eine Form, Ct ... eine Zahnbreitenmittellinie der Zahnfläche des Schneckenrads, Lo ... eine Ortskurve von Kontaktpunkten, welche mit am meisten konvexen Abschnitten des Zahns der Schnecke in Kontakt treten, Loa ... eine Linie, welche eine Mehrzahl von Punkten verbindet10 ... an electric power steering device,21 ... a steering wheel,29 ... steerable wheels,43 ... an electric motor,44 .44A ... worm gear mechanisms,70 ... a snail,71 ... a tooth of the snail,71a ... a tooth surface of the tooth of the snail,80 ... a worm wheel,81 ... a tooth of the worm wheel,81a ... a tooth surface,81dr .81drA ... recessed meshing sections,81b ... a peak,100 ... a shape, Ct ... a tooth width center line of the tooth surface of the worm wheel, Lo ... a locus of contact points which contact with most convex portions of the tooth of the worm, Loa ... a line which is a plurality of points connects
Claims (2)
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